BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Biji Jarak Pagar Jarak pagar (Jatropha Curcas Linn) yang dalam Bahasa Inggris disebut Physic Nut merupakan jenis tanaman semak atau pohon yang tahan terhadap kekeringan sehingga tahan hidup di daerah dengan curah hujan rendah. Tanaman dari keluarga Euphorbiaceae ini banyak ditemukan di Afrika Tengah dan Selatan, Asia Tenggara, dan India. Awalnya, tanaman ini didistribusikan oleh pelaut Portugis dari Karibia melalui pulau Cape Verde dan Guinea Bissau, kemudian ke negara lain di Afrika dan Asia. Jarak pagar merupakan jenis tanaman perdu atau pohon kecil, bercabang cabang tidak teratur, memiliki tinggi sekitar 1 hingga 7 meter. Batangnya berkayu, silindris, berkulit licin, memiliki tonjolan-tonjolan bekas tangkai daun yang gugur. Buahnya berbentuk bulat telur, memiliki diameter 2 hingga 4 cm, berwarna hijau ketika masih muda dan kuning jika sudah masak. Buah terbagi menjadi 3 ruang, masing-masing ruang berisi 1 biji. Biji berbentuk bulat lonjong, berwarna coklat kehitaman, dan mengandung banyak minyak. Tumbuhan ini mudah diperbanyak dengan stek batang atau biji yang sudah tua. Secara visual dapat diperlihatkan pada Gambar 2.1 (Degha, 1984) Meskipun terdapat beberapa laporan dalam literatur tentang penggunaan minyak jarak pagar untuk merebus atau memasak, tetapi minyak jarak pagar secara umum tidak digunakan sebagai bahan nutrisi manusia karena komponennya yang beracun. Crude Jatropa Curcas il (CJC atau CJ) yang biasa disebut dengan minyak kasar jarak pagar dapat digunakan sebagai pengganti minyak tanah tanpa merubah desain peralatan yang sudah ada, CJC juga berpotensi untuk mengganti minyak bakar pada boiler pada industri industri serta yang tidak asing lagi adalah sebagai bahan bakar hayati yang berbasis pada biodisel. Tanaman jarak pagar menghasilkan biji yang terdiri dari 60% berat kernel dan 40% berat kulit (hambali, 2006). Tanaman jarak pagar mengandung

2 minyak hingga 50-60% pada kernel ( 2007). Hasil analisa kimia minyak jarak pagar diperlihatkan pada Tabel 2.1. berikut ini. Tabel 2.1. Analisa Kimia Minyak Jarak Pagar Water 1000 ppm FFA 0,03 5 % Warna 17 kuning, 1 merah Bilangan saponifikasi 195,5 Bilangan Iodine 94,9 Profil Asam Lemak (%) Palmitat 14,6 Palmitoleat 0,85 Stearat 7,15 leat 46,19 Linoleat 30,80 Linolenat 0,20 Arachidat 0,21 (Sumber : Sevlele, 2007) Karena minyak jarak pagar tidak dapat digunakan untuk tujuan nutrisi tanpa detoksifikasi terlebih dahulu, maka penggunaannya sebagai sumber energi bahan bakar sangat menarik. Di Madagaskar, Cape Verde, dan Benin, minyak dari biji jarak pagar digunakan sebagai pengganti bahan bakar diesel selama Perang Dunia II. Parameter kimia dan fisika dari minyak jarak pagar dapat dilihat pada Tabel 2.2. Tabel 2.2. Parameter Kimia dan Fisika Minyak Jarak Pagar Parameter Minyak jarak pagar Densitas pada 15 0 C (g cm -3 ) Viskositas pada 30 0 C, (cst) 52 Titik nyala, ( 0 C) Bilangan netralisasi, (mg KH g -1 ) 0.92

3 Tabel 2.2. Parameter Kimia dan Fisika Minyak Jarak Pagar (lanjutan) Titik beku ( 0 C) 2.0 Kandungan Energi (MJ/ Kg) Monogliserida, (%m/m) Tidak ditemukan Digliserida, (%m/m) 2.7 Trigliserida, (%m/m) 97.3 Air, (%m/m) 0.07 Posforus, (mg/kg) 290 Kalsium, (mg/kg) 56 Magnesium, (mg/kg) 103 Besi, (mg/kg) 2.4 (Sumber : Gubitz, et al, 1999 dan ) Gambar 2.1 Perpotongan Melintang Buah Muda, Buah dan Perpotongan Logitudinal (Degha, 1984) 2.2. Biodiesel Minyak lemak (fatty oil) yang berasal dari tumbuh-tumbuhan menjadi fokus upaya penelitian dan pengembangan berbagai lembaga, antara lain berdasar pada kenyataan 105 tahun yang lalu, yaitu World's Fair tahun 1900 di Paris. Saat itu, Rudolf Diesel pernah mendemonstrasikan mesin temuannya yang dapat dioperasikan dengan menggunakan bahan bakar minyak kacang

4 (minyak lemak). Minyak lemak merupakan bahan bakar terbarukan, karena berasal dari tumbuh-tumbuhan. Indonesia banyak sekali terdapat tumbuh-tumbuhan penghasil minyak lemak. Tidak kurang dari 50 jenis tumbuhan bisa diolah menjadi sumber bahan bakar alami. Contoh yang populer adalah sawit, kelapa, jarak pagar, dan kapok (randu). Minyak lemak mentah adalah minyak lemak yang diperoleh dari pemerahan atau pengempaan biji sumber minyak (oilseed) tanpa mengalami pengolahan lanjut apa pun, kecuali penyaringan dan pengeringan (untuk menurunkan kadar air). Melalui pengolahan yang disebut transesterifikasi dengan alkoholalkohol sederhana seperti metanol dan etanol, proses ini menghasilkan ester alkil asam-asam lemak (atau biodiesel ester alkil) sebagai produk utama dan gliserin sebagai produk samping. Karena metanol lebih murah daripada etanol maupun alkohol-alkohol sederhana lainnya, sehingga metanol paling banyak digunakan dalam transesterifikasi dan produk utamanya adalah ester metil asam-asam lemak (Fatty Acids Methyl Ester/FAME) atau biodiesel ester metil. Biodiesel atau metil ester dari minyak jarak pagar dapat dihasilkan melalui proses transesterifikasi trigliserida dari minyak jarak (Gambar 2.2). Transesterifikasi merupakan istilah umum yang digunakan untuk menjelaskan kelompok reaksi organik yang penting, dimana suatu ester diubah menjadi bentuk lain melalui pertukaran bagian-bagian tertentu. Pada reaksi pembentukan metil ester dari minyak jarak pagar terjadi pergantian gugus alkohol dari ester. Umumnya digunakan katalis seperti sodium metileat, NaH dan KH. Gliserol yang dihasilkan dari reaksi transesterifikasi pada proses pembuatan biodiesel ini akan terpisahkan dibagian bawah reaktor sehingga dapat dengan mudah dipisahkan. Ester yang terbentuk kemudian dicuci dengan air untuk menghilangkan sisa katalis dan metanol. Proses transesterifikasi dapat dilakukan secara curah (batch) dan sinambung (continous) pada suhu C. Dengan keunggulan di atas, ditambah dengan kenyataan emisi gas buang mesin berbahan bakar biodiesel (murni ataupun dicampur solar) akan lebih bersih dibandingkan dengan berbahan bakar solar saja, membuat

5 biodiesel menjadi bahan bakar berbasis minyak-lemak yang paling populer di seluruh dunia dan tahap penerapan komersialnya paling maju. Berikut ini adalah komposisi biodiesel dari minyak jarak pagar Tabel 2.3. Kandungan Asam Lemak Pada Biodiesel Jarak Pagar Jenis Asam Lemak Konsentrasi, % Metil Palmitat (16:0) 15,6 Metil Palmitoleat (16:1) 0,9 Metil Stearat (18:0) 6,7 Metil leat (18:1) 42,6 Metil Linoleat (18:2) 33,9 Metil Linolenat (18:3) 0,2 Metil Arachidat (20:0) 0,1 (Sumber : ) Biodiesel yang telah diproduksi secara masal juga harus diketahui standarisasinya. Berikut tabel 2.4 memperlihatkan standar mutu Biodiesel di Indonesia. Tabel 2.4. Standarisasi Mutu Biodisel Indonesia (RSNI EB ) No Parameter Satuan Batas Nilai Metode Uji Metode Setara 1. Berat Jenis pada 40 o C 3 kg/m ASTM D 1298 IS Viskositas pada 40 o C CSt 2,3 6 ASTM D 445 IS Angka Setana - Min 51 ATM D 613 IS Titik Nyala 5. Titik Kabut o C Min 100 ASTM D 93 IS 2710 o C Maks 18 ASTM D Korosi Bilah Tembaga - Maks 51 ASTM D 130 IS Residu Karbon Maks 0,05 ASTM D dalam contoh asli % b Maks 0,05 IS ampas 10 % destilasi Maks 0,05 8. Air dan Sedimen % vol Maks 0,05 ASTM D Temperatur Destilasi o C Maks 360 ASTM D Abu Tersulfatkan % b Maks 0,02 ASTM D 874 IS 3987

6 11. Belerang ppm b mg/kg Maks 100 ASTM D 5453 pren IS Fosfor ppm b mg/kg Maks 10 ACS Ca FBI-A Angka Asam mg KH/g Maks 0,8 ACS Cd 3-36 FBI-A Gliserol Bebas % b Maks 0,02 ACS Ca FBI-A Gliserol Total % b Maks 0,24 ACS Ca FBI-A Kadar Ester Alkil % b Min 96,5 Dihitung FBI-A Angka Iodium %b (gi 2 /100g) Min 115 ACS Cd 1-25 FBI-A Uji Halphen - Negatif ACS Cd 1-25 FBI-A06-03 (Sumber : Hambali, 2006) 2.3. Reaksi Transesterifikasi Metil ester dari minyak jarak pagar dapat dihasilkan melalui proses transesterifikasi trigliserida dari minyak jarak. Transesterifikasi adalah penggantian gugus alkohol dari ester dengan alkohol lain dalam proses yang menyerupai hidrolisis, namun berbeda dengan hidrolisis. Pada proses transesterifikasi, reaktan yang digunakan bukan air, melainkan alkohol. Umumnya katalis yang digunakan adalah KH atau NaH. Metanol digunakan secara umum, karena harganya yang murah dan lebih mudah untuk di recovery, walaupun tidak menutup kemungkinan menggunakan alkohol lainnya seperti etanol. Transesterifikasi merupakan reaksi kesetimbangan, oleh sebab itu untuk mendorong reaksi bergerak ke kanan untuk menghasilkan metil ester dibutuhkan alkohol dalam jumlah berlebih atau salah satu produk yang dihasilkan harus dipisahkan. Gambar 2.2. memperlihatkan reaksi transesterifikasi trigliserida dengan metanol untuk menghasilkan biodisel R1 C CH2 R2 C CH Katalis HCH2 + 3CH3H HCH KH/NaH R 1 C CH3 + R 2 C CH3 R3 C CH2 HCH2 R 3 C CH3 Trigliserida Metanol Gliserol Biodiesel Gambar 2.2 Reaksi Transesterifikasi

7 Faktor-faktor utama yang mempengaruhi rendemen ester yang dihasilkan pada reaksi tranesterifikasi adalah rasio molar antara trigliserida dan alkohol, jenis katalis yang digunakan, suhu reaksi, waktu reaksi, kandungan air dan kandungan asam lemak bebas pada bahan baku yang menghambat reaksi. Faktor-faktor lain yang mempengaruhi kandungan ester pada biodiesel, diantaranya kandungan gliserol, jenis alkohol yang digunakan jumlah katalis sisa dan kandungan sabun Deskripsi Proses Prose pembuatan FAME / Biodiesel dari biji jarak pagar ini terbagi dalam beberapa tahapan proses sebagai berikut Pengepresan Biji Jarak Bahan baku biji jarak pagar yang digunakan adalah jenis biji kuning dan biji tua. Pertama sekali dimasukkan dalam Gudang (G 101) kemudian diangkut oleh bucket elevator jarak (B-102) yang selanjutnya di press dalam twin screw press (SP-101) dengan efisiensi 94% (Perry, 1999). Selanjutnya minyak hasil pengepressan dihilangkan partikel-partikel ampasnya dengan menggunakan vibrating filter (VF-101) dan ampas hasil pengepressan (alur 3) serta dari vibrating filter (alur 4) ditampung dalam bak penampung ampas (B- 201) untuk dijadikan bahan bakar ketel uap. Gambar 2.3 memperlihatkan diagram proses pengambilan minyak dari biji jarak pagar Minyak Jarak Biji Jarak Press (Screw Press) Pupuk Ampas Bahan Bakar Boiler Gambar 2.3. Diagram alir pengambilan Minyak Jarak

8 Transesterifikasi Minyak keluaran vibrating filter ditampung dalam tangki minyak jarak (T-202) kemudian dipompakan ke dalam reaktor transesterifikasi (R-401) untuk proses transeterifikasi. Reaksi transesterifikasi dapat terjadi dengan perbandingan molar metanol dan minyak sebesar 5 : 1 (Andy, 2006), dan menambahkan 1% kalium hidroksida (KH) (dalam basis minyak), pada temperatur 60 0 C. Sebelumnya metanol (alur 8) dan KH (alur 7) dicampurkan terlebih dahulu pada mixer I (M-301) dan kemudian dipompakan kedalam reaktor transesterifikasi (R-401). Dalam R-401, diasumsikan 96% minyak terkonversi menjadi metil ester asam lemak / FAME (fatty acid methyl ester) dengan gliserol sebagai hasil samping. Selanjutnya alur 10 dari reaktor dihubungkan dengan Flash drum I (T-101) Recovery Metanol Flash drum (D-801), digunakan untuk memperoleh pemisahan diantara metanol dan komponen lain, dimana sebelum memasuki flash drum I dipanaskan terlebih dahulu dalam Exchanger (E-601) sampai temperatur 70,69 0 C. Hasil pemisahan berupa metanol 99,8% dan kandungan air 0,2% dialur 12 dikembalikan lagi ke tangki metanol (T-203). Selanjutnya alur bottom dikirim ke tangki pemisah dekanter I (ST-501) Pemisahan dan Pencucian Biodiesel Tujuan tahap ini adalah untuk memisahkan metil ester dari gliserol, metanol dan katalis serta sabun yang terbentuk. Alur bottom dari flash drum I dipisahkan di dekanter I (ST-501) berdasarkan perbedaan densitas. Pada dekanter akan terbentuk dua lapisan yaitu bagian atas yang mengandung metil ester dan beberapa komponen samping yang masih terikut dan bagian bawah yang mengandung gliserol, metanol, katalis dan sabun. Bagian atas kemudian dipisahkan dan dipompakan ke dalam mixer II (M-302) untuk pencucian dengan menggunakan air. Fungsi pencucian ini adalah untuk memisahkan beberapa komponen yang masih terikut pada waktu pemisahan di dekanter I.

9 Hasil dari mixer II kemudian dipisahkan lagi di dekanter II untuk mendapatkan metil ester yang benar-benar terpisah dari gliserol dan katalis Pemurnian Metil Ester Untuk mendapatkan produk akhir biodiesel yang murni, digunakanlah flash drum II untuk memisahkan air yang masih terikut dalam metil ester. Sebelumnya metil ester dipanaskan dalam heater II (E-602) hingga temperatur C untuk memisahkan air. Produk biodiesel yang dihasilkan didinginkan dalam cooler (C-702) dan kemudian ditampung dalam tangki timbun biodiesel (T-205).